我國制造業(yè)還普遍存在著技術(shù)落后、設(shè)備落后、勞動生產(chǎn)率低下、萬元產(chǎn)值能耗比大大高于發(fā)達(dá)國家水平的現(xiàn)狀，而且我國現(xiàn)階段以及將來會面臨勞動力需求越來越緊張，勞動力成本極大增加的局面。采用物聯(lián)網(wǎng)和自動化控制技術(shù)，實現(xiàn)起重機(jī)無人操作及高精定位（定位精度實現(xiàn)幾毫米），這將是起重機(jī)械設(shè)備未來的發(fā)展趨勢。

1、技術(shù)難點

要使起重機(jī)實現(xiàn)高精定位，主要解決以下幾個問題：

吊具起吊過程中，不會產(chǎn)生漂移和擺動，也不會由于被吊物體重心位置隨被吊物體形狀不同有一定變化而產(chǎn)生擺動；大小車運(yùn)行過程中無打滑現(xiàn)象；大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的高精度驅(qū)動。多種規(guī)劃路線中自動選擇最合適路線吊運(yùn)物件。

2、高精定位起重機(jī)主要技術(shù)

2.1小車

高精定位起重小車起升機(jī)構(gòu)采用三繩四吊點的繞繩機(jī)構(gòu)。主要由電動機(jī)、減速機(jī)、制動器、卷筒組、支撐滑輪組、導(dǎo)向滑輪組、鋼絲繩、鋼絲繩固定裝置和控制系統(tǒng)等組成。

卷筒采用四聯(lián)卷筒，兩端的繩槽部分分別采用一根鋼絲繩，先后通過導(dǎo)向滑輪1、動滑輪1、支撐滑輪1后固定在可調(diào)節(jié)的鋼絲繩固定裝置上；中間兩端繩操采用一根鋼絲繩繩，鋼絲繩的一端先固定在卷筒中間槽段的一端上，另一端先后繞過導(dǎo)向滑輪2、動滑輪2、支撐滑輪2、支撐滑輪3、動滑輪3、導(dǎo)向滑輪3后固定在卷筒中間槽段的另一端上。此種結(jié)構(gòu)能夠很好的保證鋼絲繩在升降的過程中，吊具兩側(cè)的鋼絲繩受力均衡，保證吊具在水平面內(nèi)不發(fā)生位移。

起升電動機(jī)采用加裝編碼器的變頻電機(jī)，起升機(jī)構(gòu)的低速軸上亦裝有編碼器。各組成速度閉環(huán)控制和位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，可有效連續(xù)的檢測吊具的起升位置和起升高度。

為保證起升裝置安全、平穩(wěn)的工作，起升機(jī)構(gòu)設(shè)置了多種安全保護(hù)裝置。

a）起升系統(tǒng)卷筒軸上設(shè)置有一套旋轉(zhuǎn)行程限位開關(guān)和編碼器，用來監(jiān)察吊具行程的上、下停止位置。當(dāng)?shù)蹙咴谏仙蛳陆档竭_(dá)行程減速、停止位置和超行程時能輸出信號以便控制起升電動機(jī)減速和停止，切斷電動機(jī)的控制電源；

b）起升系統(tǒng)在吊具行程的上極限位置設(shè)有一個重錘限位開關(guān)，用于吊鉤在上升到達(dá)行程極限位置時切斷電動機(jī)的動力電源；

c）起升系統(tǒng)的電動機(jī)設(shè)有溫度檢測裝置，避免電動機(jī)過熱；

d）起升機(jī)構(gòu)設(shè)有精確而可靠的超載限制器，等載荷達(dá)到額定起重量的90%時發(fā)出提示性報警信號當(dāng)載荷超過額定起重量時，能切斷起升機(jī)構(gòu)電源停止起升運(yùn)動，并發(fā)出禁止性報警信號。此時起升機(jī)構(gòu)能進(jìn)行下降運(yùn)動。

e）采用激光防撞裝置，防止在吊重過程中由于受意外沖擊，吊具擺動，進(jìn)入到上部的套筒時被卡死，造成設(shè)備損壞、鋼絲繩斷裂、吊具下落的重大安全事故。

2.2運(yùn)行機(jī)構(gòu)

運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要有“三合一”減速電機(jī)、車輪組、齒輪齒條編碼器定位系統(tǒng)、水平導(dǎo)向輪等組成。

運(yùn)行機(jī)構(gòu)水平導(dǎo)向輪安裝在端梁上，沿加工過的導(dǎo)向軌道運(yùn)行，通過導(dǎo)向輪的偏心調(diào)節(jié)裝置，能確保小車架與軌道之間的垂直度在±1’30”以內(nèi)。

在運(yùn)行機(jī)構(gòu)的一側(cè)端梁外部設(shè)置有齒輪齒條編碼器定位系統(tǒng)，齒條安裝在主梁上，通過齒輪與齒條緊密嚙合傳動帶動編碼器，從而實現(xiàn)車輪運(yùn)行過程中不空轉(zhuǎn)及運(yùn)行位置精準(zhǔn)的要求。

三合一驅(qū)動電機(jī)為伺服電機(jī)，控制器亦采用伺服驅(qū)動器。電機(jī)軸上裝有內(nèi)環(huán)正余弦編碼器，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的一側(cè)端梁外部設(shè)置有齒輪齒條的外環(huán)SSI編碼器，齒條安裝在主梁上，徹底解決打滑的問題。伺服驅(qū)動器同時采集兩套編碼器的編碼值，在變頻器內(nèi)編程比較兩套編碼器值，進(jìn)行運(yùn)算。通過運(yùn)算，實現(xiàn)兩個功能：1、兩套編碼器值經(jīng)過換算正常情況下必須保證一個固定比值范圍，如果超出范圍值，設(shè)備有故障，停車檢修。2、通過換算值標(biāo)定位移與編碼器值的比值計算出單位位移內(nèi)，伺服驅(qū)動器需要產(chǎn)生的IPO脈沖數(shù)，驅(qū)動伺服電機(jī)按照給定的脈沖數(shù)運(yùn)行。PLC通過采集伺服驅(qū)動器收集的兩套編碼器值，來計算當(dāng)前位置與目標(biāo)位置，規(guī)劃起重機(jī)運(yùn)行的路徑及速度曲線，使起重機(jī)既能準(zhǔn)確定位又能平穩(wěn)、安全運(yùn)行到目標(biāo)位置。

2.3電控部分

電控操作集中在操縱室內(nèi)，采用“手動控制+高級自動控制+遙控”方式，電氣控制采用“PLC＋觸摸屏＋調(diào)速裝置”的系統(tǒng)。操作操作臺上按鈕、操作手柄符合人體工程學(xué)原理，操作臺安裝在遠(yuǎn)程控制室內(nèi)。電氣控制柜以及電阻器均安裝在起重機(jī)橋架走臺上。采用彩色觸摸屏可編程操作員終端作為自動方式下的操作設(shè)備。中文界面觸摸屏圖文顯示總體畫面、起重機(jī)狀態(tài)畫面、吊具的三維位置、運(yùn)行參數(shù)、工作狀態(tài)、用戶管理等。

在操作臺上設(shè)置選擇開關(guān)，可以通過選擇開關(guān)選擇操作臺操作、遙控器操作，在PLC出現(xiàn)故障不正常工作時，可以切換至控制柜控制，通過起重機(jī)上控制柜面板上的按鈕進(jìn)行操作。操作臺上設(shè)置手動運(yùn)行、自動運(yùn)行選擇開關(guān)，在操作臺操作時，撥動開關(guān)切換到自動運(yùn)行模式，通過觸摸屏上設(shè)置開關(guān)操作自動運(yùn)行。

1）自動運(yùn)行模式：

將操作臺上操作選擇開關(guān)打到操作臺位置，將自動/手動按鈕打到自動位置，通過觸摸屏上畫面選擇抓取或者釋放位置，通過開始運(yùn)行按鈕開始自動運(yùn)行抓取、運(yùn)送、釋放動作。

2）手動操作臺操作

將操作臺上操作選擇開關(guān)打到操作臺位置，將自動/手動按鈕打到手動位置，通過操作臺上的手柄操作各個機(jī)構(gòu)，通過視頻監(jiān)視器監(jiān)視各個機(jī)構(gòu)動作位置進(jìn)行定位運(yùn)行。

3、結(jié)論

通過研發(fā)高精定位全自動數(shù)控起重機(jī)，使起重機(jī)逐步由人工操作轉(zhuǎn)向智能化。在此過程中積累研發(fā)和制作經(jīng)驗，找出所使用新技術(shù)的不足和缺點，并找到改進(jìn)的辦法。在此基礎(chǔ)上，我們要逐步開發(fā)，爭取使起重機(jī)像工藝機(jī)器人一樣，能全方位的服務(wù)人類。同時提高我國起重制造業(yè)的國際地位，使其在自動化、智能化方面處于國際領(lǐng)先水平。